DE102010021649B4 - Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber - Google Patents

Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess, wobeieine Reihe von Gasreservoirs (10) vorgesehen ist, wobei ein erstes Reservoir (11) mit einem reduzierenden Gas, ein zweites Reservoir (12) mit einem Inertgas sowie ein drittes Reservoir (13) zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches vorgesehen ist, unddurch eine Verteilereinheit (8) unter dem Einfluss einer Steuereinheit (7) über ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre erzeugt wird, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist, und wobei die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen (16) zu den jeweiligen Prozessstationen zugeführt wird, wobei während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung bei der Glassootabscheidung (1), der Einstellung des Sintergrades (2), dem Oxidationsschritt (3) und der Konsolidierung (4) eine Beaufschlagung mit einer oxidierenden Gasatmosphäre aus Chlor oder Sauerstoff mit einer bei dem Konsolidierungsschritt zunehmenden Diffusionslänge erfolgt undwährend der Ausführung eines Kollabier- und eines Schließschrittes (5, 6) eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden oder oxidierenden Gasatmosphäre erfolgt, wobei die Gasatmosphäre eine veränderliche Zusammensetzung aufweist, wobei die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt der Glassootschicht (1), der Einstellung eines definierten Sintergrades (2), des Oxidationsschrittes (3), eines Konsolidierungsschrittes (4), des Kollabierens (5) und des Ziehens der Faser (6), dem dabei vorliegenden Verarbeitungszustand eines Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen der für die Gasatmosphäre vorgesehenen Gaskomponenten (11, 12, 13, 14, 15) in der abgeschiedenen Sootschicht, der Preform oder der gezogenen Faser eingestellt ist,wobei eine Diffusion reaktiver Gase in das Glasmaterial zum Beeinflussen des inneren Zustands des Glasmaterials erfolgt.A method of producing a glass fiber having an optical fiber core and / or a pump core with fabrication of a preform and a subsequent drawing process, wherein a series of gas reservoirs (10) is provided, wherein a first reservoir (11) with a reducing gas, a second reservoir (12) with an inert gas and a third reservoir (13) for providing an oxidizing gas mixture is provided, and by a distribution unit (8) under the influence of a control unit (7) via opening and closing of the gas reservoirs, a process atmosphere is generated, either pure reducing, inert, both reducing and oxidizing or purely oxidizing, and wherein each set mixture is supplied via a series of leads (16) to the respective process stations, wherein during an execution of manufacturing steps in the preform production in the Glassootabscheidung ( 1), the setting of the degree of sintering (2), the O xidationsschritt (3) and the consolidation (4) takes place with an oxidizing gas atmosphere of chlorine or oxygen with increasing in the consolidation step diffusion length and during the execution of a collapse and a closing step (5, 6) an application of a reducing gas atmosphere and / or during the drawing process is subjected to a reducing or oxidizing gas atmosphere, wherein the gas atmosphere has a variable composition, wherein the variable composition of the gas atmosphere, depending on the respective production step of the Glassootschicht (1), the setting of a defined degree of sintering (2), the Oxidation step (3), a consolidation step (4), the collapse (5) and the pulling of the fiber (6), the case present processing state of a glass material and / or thereby existing diffusion lengths of vorgeseh for the gas atmosphere a gas component (11, 12, 13, 14, 15) in the deposited soot layer, preform or drawn fiber, wherein diffusion of reactive gases into the glass material to affect the internal state of the glass material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern nach Anspruch 1 und eine Glasfaser nach Anspruch 8.The invention relates to a method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core according to claim 1 and a glass fiber according to claim 8.

Derartige Glasfasern werden durch ein Ziehen einer Preform in einer Ziehofenanordnung gefertigt, wobei die Preform in einem mehrstufigen Prozess hergestellt wird. Im Allgemeinen wird hierzu zunächst eine Glassootschicht auf der Innenseite eines Substratrohres abgeschieden, die in einem sich daran anschließenden Schritt versintert wird. Zur Fertigung einer Preform-Struktur aus einem Faserkern und einem Fasermantel werden im Anschluss daran ein Oxidationsschritt und ein Konsolidierungsschritt ausgeführt, während danach ein Kollabieren und Schließen erfolgt.Such glass fibers are manufactured by drawing a preform in a drawing furnace arrangement, wherein the preform is produced in a multi-stage process. In general, for this purpose, first a glassoot layer is deposited on the inside of a substrate tube, which is sintered in a subsequent step. In order to produce a preform structure of a fiber core and a fiber cladding, an oxidation step and a consolidation step are subsequently carried out, followed by collapse and closure.

Die Druckschrift JP S56-017937 A beschreibt die Herstellung eines Basismaterials für eine optische Faser. Dort wird ein Prozessschritt einer so genannten axialen Dampfabscheidung beschrieben.The publication JP S56-017937 A describes the preparation of a base material for an optical fiber. There, a process step of a so-called axial vapor deposition is described.

Die Druckschrift US 5,735,928 A offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus Kieselglas bestehenden Artikels. Diese Druckschrift lehrt einen linearen Brenneraufbau zum Ausführen einer Dampfphasenreaktion mit einem siliziumhaltigen Ausgangsmaterial. Gegenstand der dort enthaltenden Lehre ist ein Brenneraufbau, bei der die Brennerflamme als solche mit verschiedenen Beimengungen und Precursoren modifizierbar ist.The publication US 5,735,928 A discloses an apparatus for making a fused silica article. This document teaches a linear burner assembly for carrying out a vapor phase reaction with a siliceous starting material. The subject of the teaching contained therein is a burner construction in which the burner flame can be modified as such with various admixtures and precursors.

Die Patentschrift US 6,430,343 B1 beschreibt einen Strahlteiler zur Verwendung für einen optischen Verstärker. Dort wird unter anderem eine so genannte „cladding pump fiber“ beschrieben, bei der ein Kern mit offensichtlich kreisrundem Querschnitt vorgesehen ist, der mit einem so genannten ersten Cladding umgeben ist, welches einen sternförmigen Querschnitt aufweist. Gemäß der Lehre der Druckschrift ist das erste Cladding als Pumpregion vorgesehen, wobei der Kern selbst von der Form des Claddings unbeeinflusst ist und einen kreisrunden Querschnitt aufweist.The patent US Pat. No. 6,430,343 B1 describes a beam splitter for use with an optical amplifier. There, inter alia, a so-called "cladding pump fiber" is described, in which a core is provided with an obviously circular cross-section, which is surrounded by a so-called first cladding, which has a star-shaped cross-section. According to the teaching of the document, the first cladding is provided as a pumping region, wherein the core itself is unaffected by the shape of the cladding and has a circular cross-section.

Die Druckschrift US 2005 / 0 008 313 A1 offenbart einen Faseraufbau mit einem Kern mit einem kreisrunden Querschnitt. Der Kern ist gemäß der Lehre der Druckschrift von einem Cladding umgeben, dessen Querschnittsform modifiziert ist.The publication US 2005/0 008 313 A1 discloses a fiber structure having a core with a circular cross-section. The core is surrounded according to the teaching of the document by a cladding whose cross-sectional shape is modified.

Bei der Verwendung von Glasfasern mit einem Lichtleitkern und/oder einem Pumpkern ist mit einer zunehmenden Betriebsdauer ein Effekt zu beobachten, der als Photodarkening bezeichnet wird. Darunter versteht man eine nachteilige Wechselwirkung des innerhalb des Faserkerns geleiteten Lichtes mit Strukturen, die entweder im Gefüge der Faser vorhanden sind oder die durch das in der Faser geleitete oder angeregte Licht erzeugt werden. Dieser Effekt ist teilweise abhängig von der Wellenlänge des in die Faser eingekoppelten Lichtes. Er führt zu einem mit der Zeit zunehmenden optischen Verlust bei der Lichtleitung in der Glasfaser sowie zu einer abnehmenden Leistungsdichte des erzeugten Laserlichtes innerhalb des Pumpkerns. Das Photodarkening ist insbesondere bei Yb-dotierten Glas- bzw. Laserfasern zu beobachten. Dabei nimmt die Absorption innerhalb des Glasmaterials bei starken Lichtintensitäten zu, wobei es zu einer anwachsenden breitbandigen Lumineszenz im Material kommt.When using glass fibers with a light guide core and / or a pump core, an effect is observed with increasing operating time, which is referred to as photodarking. This refers to an adverse interaction of the guided inside the fiber core light with structures that are either present in the structure of the fiber or generated by the guided or excited in the fiber light. This effect depends in part on the wavelength of the light coupled into the fiber. It leads to an increasing optical loss in the optical fiber in the optical fiber over time and to a decreasing power density of the generated laser light within the pump core. Photodarking can be observed in particular with Yb-doped glass or laser fibers. In this case, the absorption within the glass material increases at high light intensities, wherein there is an increasing broadband luminescence in the material.

Eingehende Untersuchungen des Photodarkenings haben gezeigt, dass dieser Effekt in einem nicht unerheblichen Maße durch so genannte Precursoren innerhalb der Preform der Glasfaser bedingt sind. Dabei handelt es sich um Fehlstellen im Glasgefüge, mit welchem das in der Faser geleitete Licht wechselwirkt und die durch die Lichteinwirkung verstärkt werden. Diese werden insbesondere durch die vor allem bei Pumpkernen notwendigen Dotanden wie Ytterbium, Aluminium, Bor oder Germanium innerhalb der Siliciumoxid-Matrix hervorgerufen.Extensive investigations of photodarking have shown that this effect is due to a not inconsiderable extent by so-called precursors within the preform of the glass fiber. These are defects in the glass structure, with which the light conducted in the fiber interacts and which are amplified by the action of light. These are caused, in particular, by the dopants, such as ytterbium, aluminum, boron or germanium, which are necessary in particular with pump cores, within the silicon oxide matrix.

Es besteht somit die Aufgabe, ein Fertigungsverfahren zur Herstellung der Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern anzugeben, bei der die zu dem Photodarkening führenden Precursoren entweder beseitigt oder zumindest nachhaltig minimiert werden können.It is therefore the object of specifying a production method for producing the glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core, in which the leading to the Photodarkening precursors can either be eliminated or at least sustainably minimized.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens enthalten. Hinsichtlich des Vorrichtungsaspektes erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit den Merkmalen des Anspruchs 8.Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess vorgesehen, wobei eine Reihe von Gasreservoirs vorgesehen ist, wobei ein erstes Reservoir mit einem reduzierenden Gas, ein zweites Reservoir mit einem Inertgas sowie ein drittes Reservoir zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches vorgesehen ist. Durch eine Verteilereinheit wird unter dem Einfluss einer Steuereinheit über ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre erzeugt, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist, und wobei die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen zu den jeweiligen Prozessstationen zugeführt wird. Weiterhin erfolgt erfindungsgemäß während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung bei der Glassootabscheidung, der Einstellung des Sintergrades, dem Oxidationsschritt und der Konsolidierung eine Beaufschlagung mit einer oxidierenden Gasatmosphäre aus Chlor oder Sauerstoff mit einer bei dem Konsolidierungsschritt zunehmenden Diffusionslänge und während der Ausführung eines Kollabier- und eines Schließschrittes eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden oder oxidierenden Gasatmosphäre. Dabei weist die Gasatmosphäre eine veränderliche Zusammensetzung auf, wobei die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt der Glassootschicht, der Einstellung eines definierten Sintergrades, des Oxidationsschrittes, eines Konsolidierungsschrittes, des Kollabierens und des Ziehens der Faser, dem dabei vorliegenden Verarbeitungszustand eines Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen der für die Gasatmosphäre vorgesehenen Gaskomponenten in der abgeschiedenen Sootschicht, der Preform oder der gezogenen Faser eingestellt ist. Dabei erfolgt eine Diffusion reaktiver Gase in das Glasmaterial zum Beeinflussen des inneren Zustands des Glasmaterials.The object is achieved by a method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core having the features of claim 1, wherein the subclaims contain expedient and / or advantageous embodiments of the production method. With regard to the device aspect, the object is achieved by a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core with the features of claim 8. According to the invention is a method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core with a production of a preform and a it subsequent drawing process provided, wherein a series of gas reservoirs is provided, wherein a first reservoir with a reducing gas, a second reservoir with an inert gas and a third reservoir for providing an oxidizing gas mixture is provided. By means of a distributor unit, a process atmosphere is generated under the influence of a control unit via opening and closing of the gas reservoirs, which is either purely reducing, inert, both reducing and oxidizing or purely oxidative, and wherein the respectively set mixture is supplied via a series of supply lines to the respective process stations is supplied. Furthermore, according to the present invention, during execution of fabrication steps in preform fabrication in glass boat deposition, sintering degree setting, oxidation step, and consolidation, exposure to an oxidizing gas atmosphere of chlorine or oxygen is made with diffusion length increasing in the consolidation step and collapsing during execution - And a closing step, an exposure to a reducing gas atmosphere and / or during the drawing process, exposure to a reducing or oxidizing gas atmosphere. In this case, the gas atmosphere has a variable composition, wherein the variable composition of the gas atmosphere depending on the respective manufacturing step of the glassoot layer, the setting of a defined degree of sintering, the oxidation step, a consolidation step, the collapse and the drawing of the fiber, the thereby present processing state of a glass material and / or of the diffusion lengths of the gas components provided for the gas atmosphere in the deposited soot layer, the preform or the drawn fiber. In this case, a diffusion of reactive gases into the glass material for influencing the internal state of the glass material takes place.

Es wird somit von einem Herstellungsverfahren mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess ausgegangen. Dabei wird während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer Gasatmosphäre ausgeführt, um die optisch aktivierbaren Precursorzustände im Material der Preform und/oder der Glasfaser zu beseitigen und/oder zu vermindern. Die Gasatmosphäre weist hierzu eine veränderliche Zusammensetzung auf. Die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre ist bei der Ausführung des Verfahrens in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt, einem aktuell vorliegenden Verarbeitungszustand des Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen von dabei vorgesehenen Gaskomponenten im Material der herzustellenden Faser eingestellt. It is thus assumed that a manufacturing process with a production of a preform and a subsequent drawing process. In this case, during an execution of production steps in preform production and / or during the drawing process, an admission with a gas atmosphere is carried out in order to eliminate and / or reduce the optically activatable precursor states in the material of the preform and / or the glass fiber. The gas atmosphere has a variable composition for this purpose. The variable composition of the gas atmosphere is set in the execution of the method depending on the respective manufacturing step, a currently present state of processing of the glass material and / or thereby present diffusion lengths of gas components provided thereby in the material of the fiber to be produced.

Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit, durch eine von außen her erfolgende Diffusion unterschiedlicher reaktiver Gase in das Glasmaterial dessen inneren Zustand so zu beeinflussen, dass die vorhandenen Precursoren im Glas so umfassend wie möglich angegriffen und damit beseitigt werden können. Da bei der Herstellung der Preform bzw. der Glasfaser eine Reihe von unterschiedlichen Einwirkungen auf die Glasstruktur erfolgen und die dabei erzeugten Precursoren verschiedener Art sind, wobei auch die Glasstruktur für Diffusionen von verschiedenen Gasen verschieden durchlässig ist, wird erfindungsgemäß die einwirkende Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Fertigungsschritt modifiziert. Damit wird gesichert, dass die gebildeten Precursoren mit dem jeweils wirksamsten reaktiven Mittel beeinflusst werden, wobei die Diffusion innerhalb des Glases durch ein jeweils zweckmäßig eingestelltes Konzentrationsgefälle zwischen der Umgebung und dem Fasermaterial befördert wird.The basic idea of the method according to the invention is thus to influence its internal state by means of an external diffusion of different reactive gases into the glass material such that the precursors present in the glass can be attacked as comprehensively as possible and thus eliminated. Since in the production of the preform or the glass fiber a number of different effects on the glass structure and the precursors produced are of different types, whereby the glass structure for diffusions of different gases is different permeable, according to the invention the acting gas atmosphere in dependence modified each present production step. This ensures that the precursors formed are influenced by the respectively most effective reactive agent, wherein the diffusion within the glass is conveyed through an appropriately adjusted concentration gradient between the environment and the fiber material.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Zusammensetzung der Gasatmosphäre in der Weise verändert, dass die Gasatmosphäre während der Ausführung der Fertigungsschritte zwischen einer reduzierenden und einer oxidierenden Zusammensetzung wechselt. Dadurch können Precursorzustände in der Glasstruktur entweder durch Reduktion oder durch Oxidation mit dem beaufschlagten Gas und innerhalb des Glasgefüges beseitigt werden.In an expedient embodiment, the composition of the gas atmosphere is changed in such a way that the gas atmosphere alternates between a reducing and an oxidizing composition during the execution of the production steps. Thereby, precursor states in the glass structure can be eliminated either by reduction or by oxidation with the applied gas and within the glass structure.

Als eine reduzierende Komponente der Gasatmosphäre ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform Wasserstoff mit einem veränderlichen Partialdruck vorgesehen. Als oxidierende Komponente der Gasatmosphäre ist zweckmäßigerweise Chlor und/oder Sauerstoff und/oder Ozon mit einem jeweils veränderlichen Partialdruck vorgesehen. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff/Ozon und Chlor sind als wirksame Reduktions- bzw. Oxidationsmittel bekannt.As a reducing component of the gas atmosphere, in an expedient embodiment, hydrogen is provided with a variable partial pressure. As the oxidizing component of the gas atmosphere, chlorine and / or oxygen and / or ozone is expediently provided with a respective variable partial pressure. Both hydrogen and oxygen / ozone and chlorine are known as effective reducing or oxidizing agents.

Weiterhin ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform vorgesehen, dass die Gasatmosphäre eine chemisch inerte Komponente, insbesondere ein Edelgas, aufweist. Hierdurch gelingt es, den Gesamtdruck der Gasatmosphäre auch bei veränderlichen Partialdrücken der chemisch reaktiven Gasanteile konstant zu halten.Furthermore, it is provided in an expedient embodiment that the gas atmosphere has a chemically inert component, in particular a noble gas. This makes it possible to keep the total pressure of the gas atmosphere constant even with variable partial pressures of the chemically reactive gas components.

Ergänzend dazu kann bei der Herstellung der Glasfaser ein Fertigen eines Glasfaserkerns mit mindestens einem von einer Kreisform abweichenden Flankenabschnitt erfolgen. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird hierzu eine Flanke mit einem wellenförmigen Verlauf eingebracht. Dadurch lassen sich die in der Faser ausbreitenden oder durch Pumpvorgänge erzeugten Lichtmoden so beeinflussen, dass eine Reihe von das Photodarkening befördernden Lichtleitermoden bedämpft werden und so die Anregung von im Glasmaterial verbliebener Precursoren erschwert wird.In addition to this, in the production of the glass fiber, it is possible to produce a glass fiber core with at least one flank section deviating from a circular shape. In an expedient embodiment, an edge with a wave-shaped course is introduced for this purpose. This allows the in influence the fiber propagating or generated by pumping operations light modes so that a number of the photodarking conveyed optical fiber modes are attenuated and thus the excitation of remaining in the glass material precursors is difficult.

Der wellenförmige Flankenverlauf wird bei einer zweckmäßigen Ausführung des Verfahrens als eine W-Form eingebracht. Eine derartige Form hat sich hinsichtlich der erwähnten Modenstimulation und Modenunterdrückung als besonders zweckmäßig erwiesen.The wave-shaped edge profile is introduced as a W-shape in an expedient embodiment of the method. Such a form has proven to be particularly useful in terms of the mentioned mode stimulation and mode suppression.

Eine entsprechende Glasfaser weist mindestens einen von der Kreisform abweichenden Flankenabschnitt auf. Dieser kann wellenförmig und insbesondere in einer W-Form ausgebildet sein.A corresponding glass fiber has at least one flank section deviating from the circular shape. This may be wavy and in particular formed in a W-shape.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und die erfindungsgemäße Glasfaser sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 11. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile und Verfahrensschritte die selben Bezugszeichen verwendet.The manufacturing method according to the invention and the glass fiber according to the invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. To clarify serve the 1 to 11 , The same reference numbers are used for identical or equivalent parts and method steps.

Es zeigen:

  • 1 einen beispielhaften Verfahrensablauf mit grundlegenden Verfahrenskomponenten anhand eines Blockschaltbildes,
  • 2 einen zeitlichen Verlauf des Photodarkening-Verlustes in einer optischen Faser bei einer Lichtwellenlänge von 633 nm bei einer konventionell gefertigen und bei einer erfindungsgemäß hergestellten Faser,
  • 3 einen zeitlichen Verlauf des Photodarkening-Verlustes in einer weiteren vergleichenden Darstellung,
  • 4 einen beispielhaften zweiseitig abgeflachten Pumpfaserkern in einer Doppel-D-Form,
  • 5 einen beispielhaften zweiseitig von der Kreisform abweichenden Pumpfaserkern mit einer Doppel-W-Ausführung,
  • 6 einen berechneten Leistungsabfall in Abhängigkeit von der Faserlänge für ausgewählte Pumpkern-Ausführungen,
  • 7 beispielhafte Darstellungen der Faserlaser-Ausgangsleistung bei einem Pumpfaserkern mit einer Kreisform im Vergleich mit einer Doppel-D-Ausführung und mit einer Pumpfaser in einer Doppel-W-Ausführung,
  • 8 eine beispielhafte Ausführungsform eines Pumpfaserkerns in einer vierfachen W-Ausführung,
  • 9 eine beispielhafte Ausführungsform eines Pumpfaserkerns in einer achtfachen W-Ausführung,
Show it:
  • 1 an exemplary process sequence with basic process components based on a block diagram,
  • 2 a time course of the photodarking loss in an optical fiber at a light wavelength of 633 nm in a conventionally fabricated and in a fiber produced according to the invention,
  • 3 a time course of the photodarking loss in a further comparative representation,
  • 4 an exemplary double-sided flattened spun core in a double D-shape,
  • 5 an exemplary double-sided deviating from the circular shape Pumpfaserkern with a double W version,
  • 6 a calculated power loss as a function of the fiber length for selected pump core designs,
  • 7 exemplary representations of the fiber laser output power in a spatter core with a circular shape in comparison with a double-D design and with a pump fiber in a double-W design,
  • 8th an exemplary embodiment of a pump core in a fourfold W-type,
  • 9 an exemplary embodiment of a pump core in an eightfold W-type,

1 zeigt anhand eines Blockschaltbildes einen beispielhaften Verfahrensablauf. Das Fertigungsverfahren umfasst bei dem hier vorliegenden Beispiel eine Abscheidung einer Glassootschicht 1, eine Einstellung eines definierten Sintergrades 2, einen Oxidationsschritt 3, einen Konsolidierungsschritt 4, ein Kollabieren des innenbeschichteten Rohres 5 und ein Ziehen der Faser 6. Die Prozessschritte werden in den dafür vorgesehenen Vorrichtungen, insbesondere Abscheidevorrichtungen, Sinteranlagen, Ziehvorrichtungen und Öfen, ausgeführt. 1 shows a block diagram of an exemplary process flow. The manufacturing method in the present example includes deposition of a glassoot layer 1 , a setting of a defined degree of sintering 2 , an oxidation step 3 , a consolidation step 4 , a collapse of the inner coated tube 5 and pulling the fiber 6 , The process steps are carried out in the devices provided for this, in particular separation devices, sintering plants, drawing devices and furnaces.

Die einzelnen Prozessschritte werden von einer Steuereinheit 7 überwacht. Diese ist mit einer Verteilereinheit 8 gekoppelt. Die Verteilereinheit ist mit einer Reihe von Verbindungsleitungen 9 mit bereitstehenden Gasreservoirs 10 verbunden. Die Gasreservoirs enthalten ein erstes Reservoir 11 mit einem reduzierenden Gas, insbesondere Wasserstoff, ein zweites Reservoir 12 mit einem Inertgas, insbesondere einem Edelgas, wie Helium, Neon oder Argon, sowie ein drittes Reservoir 13 zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches. In dem hier vorliegenden Fall enthält das Reservoir 13 einen Vorratsbehälter für Sauerstoff 14 und einen Vorratsbehälter für Chlor 15.The individual process steps are performed by a control unit 7 supervised. This is with a distribution unit 8th coupled. The distribution unit is connected to a series of connecting lines 9 with available gas reservoirs 10 connected. The gas reservoirs contain a first reservoir 11 with a reducing gas, especially hydrogen, a second reservoir 12 with an inert gas, in particular a noble gas, such as helium, neon or argon, and a third reservoir 13 for providing an oxidizing gas mixture. In the present case, the reservoir contains 13 a reservoir for oxygen 14 and a reservoir for chlorine 15 ,

Je nach Erfordernis können sowohl weitere reduzierende Gase als auch weitere oxidierende Gase vorgesehen sein.Depending on requirements, both further reducing gases and other oxidizing gases can be provided.

Je nach dem aktuell ausgeführten Prozessschritt erzeugt die Verteilereinheit 8 unter dem Einfluss der Steuereinheit 7 durch ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist und führt die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen 16 zu den jeweiligen Prozessstationen 1 bis 6.Depending on the currently executed process step, the distribution unit generates 8th under the influence of the control unit 7 by opening and closing the gas reservoirs a process atmosphere, either purely reducing, inert, both reducing and oxidizing or purely oxidizing and leads each set mixture through a series of leads 16 to the respective process stations 1 to 6 ,

Die genaue Zusammensetzung der Gasatmosphäre wird zum einen in Hinblick auf die zu erwartenden Diffusionslängen der Gase in einer Glasfritte, der Preform oder der gezogenen Faser und zum anderen in Hinblick auf die zu beeinflussenden und bei den jeweiligen Schritten entstehenden Precursoren im Glasmaterial eingestellt.The exact composition of the gas atmosphere is adjusted on the one hand with regard to the expected diffusion lengths of the gases in a glass frit, the preform or the drawn fiber and on the other hand with regard to the precursors to be influenced and produced in the respective steps in the glass material.

Eine beispielhafte Aufstellung der Diffusionslängen verschiedener Gase in Siliciumoxid in Abhängigkeit von dem jeweils durchlaufenen Fertigungsschritt zeigt folgende Tabelle: Diffusionslänge für Gasspezies in SiO2 Diffusionslänge H2 in SiO2 (µm) Diffusionslänge He in SiO2 (µm) Diffusionslänge Cl2 in SiO2 (µm) Diffusionslänge O2 in SiO2 (µm) Charakt. Schichtdicken (µm) Prozessschritt Sootabscheidung 742 969 4 71 (1040) Sintergradeinstellung 590 857 1 39 (156) Oxidation 482 700 1 32 (156) Konsolidierung 595 721 6 73 31 Kollabieren 1549 1788 24 225 300 Schließen 2682 3096 42 389 650 An exemplary list of the diffusion lengths of various gases in silicon oxide as a function of the respective production step is shown in the following table: Diffusion length for gas species in SiO 2 Diffusion length H 2 in SiO 2 (μm) Diffusion length He in SiO 2 (μm) Diffusion length Cl 2 in SiO 2 (μm) Diffusion length O 2 in SiO 2 (μm) Characteristic. Layer thicknesses (μm) process step Sootabscheidung 742 969 4 71 (1040) Sintering degree setting 590 857 1 39 (156) oxidation 482 700 1 32 (156) consolidation 595 721 6 73 31 Collapse 1549 1788 24 225 300 Shut down 2682 3096 42 389 650

Dabei zeigt sich zum Beispiel, dass die Diffusionslänge für Wasserstoff als bevorzugtem Reduktionsmittel und Helium als zweckmäßigem Inertgas während des gesamten Prozessverlaufs vergleichsweise groß sind, aber während der Sintergradeinstellung, der Oxidation und der Konsolidierung jeweils ein Minimum durchläuft.This shows, for example, that the diffusion length for hydrogen as a preferred reducing agent and helium as a suitable inert gas during the entire course of the process are relatively large, but during the sintering degree, the oxidation and the consolidation in each case passes through a minimum.

Die Diffusionslänge für Chlor als möglichem Oxidationsmittel ist im Vergleich dazu stets klein. Sie nimmt im wesentlichen erst während des Prozessschrittes der Konsolidierung, des Kollabierens und des Schließens der Glasfaser zu und erreicht erst während des letztgenannten Prozessschrittes ihren größten Wert.The diffusion length of chlorine as a possible oxidant is always small in comparison. It essentially only increases during the process step of the consolidation, the collapse and the closing of the glass fiber and only reaches its greatest value during the last-mentioned process step.

Einen ähnlichen Verlauf zeigt die Diffusionslänge für Sauerstoff in Siliciumoxid als einem weiteren möglichen Oxidationsmittel. Sauerstoff weist im Vergleich zu Chlor eine größere Diffusionslänge mit einem ausgeprägten Minimum während der Prozessschritte der Sintergradeinstellung und der Oxidation auf. Die Diffusionslänge für Sauerstoff erreicht auch hier erst bei dem Kollabieren und dem Schließen der Preform ihren maximalen Wert.A similar course shows the diffusion length for oxygen in silicon oxide as another possible oxidizing agent. Oxygen, in comparison to chlorine, has a greater diffusion length with a pronounced minimum during the process steps of sintering grade adjustment and oxidation. The diffusion length for oxygen only reaches its maximum value here during the collapse and closing of the preform.

Die Diffusionslängen sind besonders dann von ausschlaggebender Bedeutung, wenn diese mit charakteristischen Längen verglichen werden, die bei den jeweiligen Prozessschritten von Bedeutung sind. So wird beispielsweise während der Abscheidung der Glassoot Glasmaterial mit einer Dicke oder einem Durchmesser in der Größenordnung von 1000 µm, d.h. im Bereich eines Millimeters, abgeschieden, während gerade bei diesem Prozessschritt die Diffusionslänge des Sauerstoffs bzw. des Chlors im Glasmaterial niedrig sind. The diffusion lengths are of crucial importance, especially when they are compared with characteristic lengths, which are important in the respective process steps. For example, during deposition, the Glassoot glass material having a thickness or diameter on the order of 1000 μm, i. in the range of one millimeter, while just in this process step, the diffusion length of the oxygen or the chlorine in the glass material are low.

Diese Diskrepanz zwischen der bei der Sootabscheidung großen charakteristischen Schichtdicke des Prozessschrittes einerseits und der niedrigen Diffusionslänge für Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Chlor andererseits ist deswegen von Bedeutung, weil sich während der Sootabscheidung Precursoren in dem Glasmaterial ausbilden, die einerseits bei dem erwähnten Photodarkening eine Rolle spielen, aber andererseits oxidativ beeinflusst und in einem bestimmten Maße dadurch beseitigt werden können. Dies betrifft insbesondere so genannte Sauerstoff-Mangel-Zentren (oxygen-deficiency center, ODC) bzw. nichtbrückenbildende Sauerstoff-Loch-Zentren (non-bridging oxygen hole center, NBOHC).This discrepancy between the characteristic layer thickness of the process step which is large in the soot deposition process and the low diffusion length for oxidants such as oxygen or chlorine on the other hand is of importance because during the soot deposition precursors form in the glass material which, on the one hand, plays a role in the mentioned photodarking, but on the other hand oxidatively influenced and can be eliminated to a certain extent. This applies in particular to so-called oxygen-deficiency centers (ODCs) and non-bridging oxygen hole centers (NBOHCs).

Daher wird bei der Ausführung des Verfahrens während der Prozessschritte der Sootabscheidung und vor allem während der Sintergradeinstellung eine oxidierende Gasatmosphäre eingestellt, bei der ein großes Konzentrationsgefälle zwischen dem Sauerstoffgehalt der Umgebung der zu fertigenden Preform einerseits und dem Sauerstoffgehalt im Inneren der sich herausbildenden Preform besteht. Dadurch kann der Diffusionsprozess des Sauerstoffs in das Innere der Sootschicht effektiv angetrieben und der Bildung der erwähnten Sauerstoff-Loch-Zentren entgegen gewirkt werden.Therefore, in the execution of the method during the process steps of the soot deposition and especially during the Sintergradeinstellung an oxidizing gas atmosphere is set in which there is a large concentration gradient between the oxygen content of the environment of the preform to be produced on the one hand and the oxygen content in the interior of the preform. Thereby, the diffusion process of the oxygen into the interior of the soot layer can be effectively driven and the formation of the mentioned oxygen-hole centers counteracted.

Die Einstellung einer oxidierenden Gasatmosphäre ist besonders dann günstig, wenn die Diffusionslängen des Sauerstoffs einerseits mit den charakteristischen Schichtdicken des jeweiligen Prozessschrittes übereinstimmen andererseits nicht sehr stark differieren. Dies ist insbesondere während der Schritte der Sintergradeinstellung und der Oxidation der Fall. Eine durchgreifende Oxidation der erwähnten Sauerstoff-Fehlstellen ist nach der Schichtkonsolidierung wegen der bereits verfestigten Glasstruktur nicht mehr möglich. Daher wird die oxidierende Gasatmosphäre möglichst früh bereits bei dem Prozessschritt der Sootabscheidung eingestellt. The setting of an oxidizing gas atmosphere is particularly favorable if the diffusion lengths of the oxygen on the one hand coincide with the characteristic layer thicknesses of the respective process step on the other hand do not differ very strongly. This is especially the case during the steps of sintering grade adjustment and oxidation. A thorough oxidation of the mentioned oxygen defects is no longer possible after the layer consolidation because of the already solidified glass structure. Therefore, the oxidizing gas atmosphere is set as early as possible in the process step of soot deposition.

Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Precursoren beeinflusst werden sollen, die durch Dotanden und Codotanden im Glasmaterial, insbesondere Ytterbium, Aluminium, Bor, Fluor, Germanium oder Phosphor, hervorgerufen werden. So ruft beispielsweise Aluminium ein sogenanntes Aluminium-Sauerstoff-Loch-Zentrum/AI-oxygen hole center, Al-OHC) hervor, das zu dem Effekt des Photodarkenings beitragen und durch die Einwirkung eines Reduktionsmittels, insbesondere Wasserstoff, beeinflusst werden kann.This is particularly important if precursors are to be influenced, which are caused by dopants and codotands in the glass material, in particular ytterbium, aluminum, boron, fluorine, germanium or phosphorus. For example, aluminum causes a so-called aluminum-oxygen hole center (Al-OHC), which contributes to the effect of photodarking and can be influenced by the action of a reducing agent, in particular hydrogen.

Daher wird die Gasatmosphäre während der Prozessschritte des Kollabierens und des Schließens nunmehr von einem oxidierenden in einen reduzierenden Zustand gebracht. Im Gegensatz zur oxidierenden Gasatmosphäre, die einen relativ hohen Sauerstoffanteil bzw. Ozonanteil enthalten kann, wird die reduzierende Gasatmosphäre in Form eines Inertgases mit einer reduzierenden Beimengung erzeugt. Bei dem hier vorliegenden Beispiel bedeutet dies, dass beispielsweise eine Atmosphäre erzeugt wird, die zu 70% aus Helium und 30% Wasserstoff besteht, wobei der Anteil des Wasserstoffs wegen der bei diesem Prozessschritten sehr großen Diffusionslänge tendenziell niedriger eingestellt werden kann. Dadurch wird der die Diffusion antreibende Gradient zwischen der Konzentration des Wasserstoffs in der Umgebung der Glasfaser bzw. der Preform und der Wasserstoffkonzentration im Inneren der Glasfaser niedrig gehalten und eine zu stark durchgreifende Reduktion mit einem Erzeugen neuer Precursoren vermieden.Therefore, the gas atmosphere is now brought from an oxidizing to a reducing state during the process steps of collapse and closure. In contrast to the oxidizing gas atmosphere, which may contain a relatively high proportion of oxygen or ozone, the reducing gas atmosphere is generated in the form of an inert gas with a reducing admixture. In the present example, this means that, for example, an atmosphere is generated which consists of 70% helium and 30% hydrogen, wherein the proportion of hydrogen can tend to be set lower because of the very large diffusion length in this process step. As a result, the diffusion-driving gradient between the concentration of hydrogen in the vicinity of the glass fiber or the preform and the hydrogen concentration in the interior of the glass fiber is kept low and avoids overly radical reduction with the production of new precursors.

2 zeigt beispielhafte Darstellungen eines Verlaufs eines Photodarkening-Verlustes in dB/m bei einer Lichtwellenlänge von 633 nm in Abhängigkeit von der Zeit. In dem links angeordneten Diagramm ist das zeitabhängige Photodarkening einer Glasfaser gezeigt, die aus einer konventionell gefertigten Preform gefertigt wurde. Das rechte Diagramm zeigt dazu im Vergleich das zeitabhängige Photodarkening einer Glasfaser, für deren Preform die Umgebungsatmosphäre nach dem vorhergehend beschriebenen Regime verändert worden ist. Wie die Diagramme zeigen, nehmen die Verluste infolge des Photodarkenings bei der konventionell gefertigten Glasfaser bereits nach einer Benutzungsdauer von ca. 5 Stunden einen Wert von 450 dB/m an. Bei der erfindungsgemäß gefertigten Glasfaser erreichen die aus dem Photodarkening resultierenden Leitungsverluste auch nach einer Benutzungsdauer von 50 Stunden nur weniger als ein Zehntel der Verlustwerte der konventionell gefertigten Faser. 2 shows exemplary diagrams of a course of a photodarkening loss in dB / m at a light wavelength of 633 nm as a function of time. In the diagram arranged on the left, the time-dependent photodarking of a glass fiber produced from a conventionally produced preform is shown. In comparison, the right-hand diagram shows the time-dependent photodarking of a glass fiber for whose preform the ambient atmosphere has been changed according to the previously described regime. As the diagrams show, the losses due to photodarking in the case of the conventionally manufactured glass fiber already assume a value of 450 dB / m after a service life of approx. 5 hours. In the case of the glass fiber produced according to the invention, the line losses resulting from the photodarking, even after a period of use of 50 hours, only reach less than one tenth of the loss values of the conventionally manufactured fiber.

3 zeigt in einem Diagramm einen weiteren beispielhaften Vergleich zwischen einer konventionell gefertigten Glasfaser und einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Faser. Das Diagramm zeigt die in der Glasfaser registrierten Leitungsverluste in dB/m in Abhängigkeit von der Zeit. Die Werte der Kurve A stellen die Leitungsverluste einer konventionell gefertigten Glasfaser dar, die Werte der Kurve B zeigen die Leitungsverluste einer erfindungsgemäß gefertigten Faser zum Vergleich. Während der Leitungsverlust infolge des Photodarkenings bei der konventionellen Glasfaser bereits nach ca. 20 Stunden auf einen Wert von ca. 620 dB/m angestiegen ist, erreichen die Leitungsverluste bei der erfindungsgemäß gefertigten Faser auch nach einer Betriebszeit von ca. 47 Stunden nur einen Wert von 0,5 dB/m. 3 shows in a diagram a further exemplary comparison between a conventionally manufactured glass fiber and a fiber produced by the inventive method. The diagram shows the losses recorded in the fiber in dB / m as a function of time. The values of the curve A represent the conduction losses of a conventionally manufactured glass fiber, the values of the curve B show the conduction losses of a fiber manufactured according to the invention for comparison. While the line loss as a result of photodarking in the conventional glass fiber has already risen to a value of about 620 dB / m after about 20 hours, the line losses in the fiber produced according to the invention only reach a value of even after an operating time of about 47 hours 0.5 dB / m.

Dieses vorteilhafte Verhalten der Faser kann durch eine entsprechende Gestaltung des Faserkerns, insbesondere des Pumpkerns, ergänzt sein. Dabei wird von einer Kernform ausgegangen, deren Querschnitt gemäß der Darstellung aus 4 von einer kreisrunden Form abweicht.This advantageous behavior of the fiber can be supplemented by a corresponding design of the fiber core, in particular of the pump core. It is assumed that a core shape whose cross-section as shown 4 deviates from a circular shape.

Bei einem in 4 in einem ersten Beispiel anhand eines Polarplots gezeigten unrunden Pumpkernquerschnitt ist dieser in einer so genannten Doppel-D-Form ausgebildet. Der Querschnitt weist bei dieser Gestaltung zwei einander gegenüberliegende ebene Abflachungen 17 auf. Dazwischen befinden sich Abschnitte 17a der kreisrunden Grundform des Pumpkerns.At an in 4 in a first example on the basis of a polar plot shown non-circular pump core cross-section of this is formed in a so-called double-D shape. The cross section has in this design two opposite flat flats 17 on. In between are sections 17a the circular basic shape of the pump core.

5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kernquerschnitt. Bei der hier vorliegenden Ausführungsform sind einander gegenüberliegend im allgemeinsten Falle wellenförmige Abschnitte 18 in der Kontur des Faserkerns vorgesehen, die W-förmig ausgebildet sein können. Bei dieser W-förmigen Gestaltung ist innerhalb des Abschnittes jeweils eine nach außen gerichtete Auswölbung 19 in dessen Mitte vorgesehen, der von je einer links und rechts daneben liegenden Delle 20 begrenzt ist. 5 shows a second embodiment of a core cross section according to the invention. In the present embodiment, wave-shaped portions are opposed to each other in the most general case 18 provided in the contour of the fiber core, which may be W-shaped. In this W-shaped design within the section is in each case an outwardly directed bulge 19 provided in the middle of each of a left and right next dent 20 is limited.

Mit einer derartigen Kernform wird vor allem bei Pumpkernen eine effektive Modenmischung in der Glasfaser erreicht. Die Form lässt sich schnell, einfach und damit kostengünstig fertigen, wobei eine hohe Flexibilität bei der Fasergestaltung möglich ist und die Nachteile vieler bereits aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen bei Anwendungen im Laserfaser-Hochleistungsbereich vermieden werden. With such a core shape, an effective mode mixture in the glass fiber is achieved, especially in pump cores. The mold can be produced quickly, easily and thus inexpensively, whereby a high degree of flexibility in the fiber design is possible and the disadvantages of many solutions already known from the prior art in applications in the laser fiber high-performance range are avoided.

6 zeigt hierzu einen beispielhaften Vergleich eines zu erwartenden Leistungsabfalles des Pumplichtes in Abhängigkeit von der Länge einer Faser bei ausgewählten Querschnittsformen des Pumpkerns. Das Diagramm zeigt die normierte Leistung des nicht im Kern absorbierten Lichtes in Abhängigkeit von der Faserlänge. Diese nimmt über die Faserlänge im wesentlichen exponentiell ab. Der Leistungsabfall für eine Kreisform des Pumpkerns ist in dem Diagramm durch Kurve A dargestellt. Im Vergleich dazu zeigen die praktisch aufeinander liegenden Kurven B und C den Leistungsabfall einer Faser mit einem unrunden Pumpkernquerschnitt gemäß den 4 und 5. Dabei zeigt sich, dass die im Kern absorbierte Leistung bei einer kreisrunden Pumpkern-Gestaltung am Ende einer ca. 5 m langen Faser nur etwa die Hälfte der Leistung beträgt, die bei einer von der Kreisform abweichenden Gestaltung des Pumpkerns in Form eines Doppel-D nach 4 oder eines Doppel-W nach 5 zu erwarten ist. 6 shows an exemplary comparison of an expected power drop of the pump light as a function of the length of a fiber at selected cross-sectional shapes of the pump core. The graph shows the normalized power of non-core absorbed light as a function of fiber length. This decreases substantially exponentially over the fiber length. The power drop for a circular shape of the pump core is represented by curve A in the diagram. In comparison, the practically superimposed curves B and C show the power loss of a fiber with a non-circular pump core cross-section according to the 4 and 5 , It shows that the power absorbed in the core at a circular pump core design at the end of an approximately 5 m long fiber only about half of the power is that at a deviating from the circular shape of the pump core in the form of a double-D 4 or a double-W after 5 is to be expected.

7 zeigt die Auslangsleistung eines Faserlasers in Abhängigkeit von der absorbierten Pumpleistung für einen Pumpkern mit einer Doppel-D-Form und einen Pumpkern mit einer Doppel-W-Form. Bei beiden Gestaltungen des Pumpkerns wird eine lineare Abhängigkeit zwischen der Ausgangsleistung des Lasers und der absorbierten Pumpleistung erreicht. Der Anstieg der beiden Funktionsgeraden ist ein Maß für die Lasereffizienz. Zur Kennzeichnung der Symmetrie des Pumpkerndesigns wurde ein Symmetrieparameter verwendet. Er beschreibt das Verhältnis des Innenkreisdurchmessers zum Umkreisdurchmesser des Pumpkernquerschnittes. Im hier vorliegenden Fall beträgt der Symmetrieparameter für die Doppel-D-Form beispielsweise 0,89 und für die Doppel-W-Form 0,9. 7 FIG. 12 shows the long-term power of a fiber laser as a function of the absorbed pump power for a pump core with a double-D shape and a pump core with a double-W shape. In both configurations of the pump core, a linear dependence between the output power of the laser and the absorbed pump power is achieved. The increase in the two function lines is a measure of the laser efficiency. To identify the symmetry of the pump core design, a symmetry parameter was used. It describes the ratio of the inner circle diameter to the circumference diameter of the pump core cross section. In the present case, the symmetry parameter for the double-D shape is for example 0.89 and for the double-W-shape 0.9.

Die 8 und 9 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen für die Kontur des Faserpumpkernes von Laserfasern .The 8th and 9 show further possible embodiments for the contour of the fiber pump core of laser fibers.

In 8 ist hierzu eine Gestaltung in Form eines Vierfach-W-Kerns beispielhaft dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier W-förmige Abschnitte 18 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang des Kerns verteilt sind und somit jeweils paarweise einander gegenüber liegen und spiegelbildlich zueinander orientiert sind.In 8th For this purpose, a design in the form of a quadruple W core is exemplified. In this embodiment, four W-shaped sections 18 provided, which are distributed uniformly over the circumference of the core and thus in pairs opposite each other and are mirror images of each other.

In 9 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Achtfach-W-Kerns dargestellt. Die einzelnen W-förmigen Abschnitte 18 können dabei wie bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ineinander über gehen, aber auch, je nach dem Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Faserkerns und der lateralen Ausdehnung der W-förmigen Abschnitte, voneinander abgeteilt sein. In einem derartigen Fall sind über den Umfang des Faserkerns abschnittsweise kreisbogenförmige Abschnitte und W-förmige Abschnitte verteilt.In 9 an exemplary embodiment of an eightfold W-core is shown. The individual W-shaped sections 18 In this case, as in the present exemplary embodiment, they can merge into one another, but also be partitioned from one another, depending on the ratio between the diameter of the fiber core and the lateral extent of the W-shaped sections. In such a case, circular arc-shaped sections and W-shaped sections are distributed over the circumference of the fiber core in sections.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Glasfaser wurden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen möglich. Diese ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.The inventive method and the glass fiber according to the invention were described by means of embodiments. In the context of expert action, further embodiments are possible. These arise in particular from the dependent claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
GlassootabscheidungGlassootabscheidung
22
Einstellung SintergradSetting the degree of sintering
33
Oxidationsschrittoxidation step
44
Konsolidierungconsolidation
55
KollabierenCollapse
66
SchließenShut down
77
Steuereinheitcontrol unit
88th
Verteilereinheitdistribution unit
99
Verbindungsleitungeninterconnectors
1010
Gasreservoirsgas reservoir
1111
reduzierendes Gasreservoirreducing gas reservoir
1212
inertes Gasreservoirinert gas reservoir
1313
oxidierendes Gasreservoiroxidizing gas reservoir
1414
Vorratsbehälter SauerstoffReservoir Oxygen
1515
Vorratsbehälter ChlorReservoir chlorine
1616
Zuleitungenleads
1717
ebene Abflachungenflat flattening
17a17a
kreisrunder Abschnittcircular section
1818
wellenförmiger Abschnittwavy section
1919
Auswölbungbulge
2020
Delledent

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess, wobei eine Reihe von Gasreservoirs (10) vorgesehen ist, wobei ein erstes Reservoir (11) mit einem reduzierenden Gas, ein zweites Reservoir (12) mit einem Inertgas sowie ein drittes Reservoir (13) zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches vorgesehen ist, und durch eine Verteilereinheit (8) unter dem Einfluss einer Steuereinheit (7) über ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre erzeugt wird, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist, und wobei die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen (16) zu den jeweiligen Prozessstationen zugeführt wird, wobei während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung bei der Glassootabscheidung (1), der Einstellung des Sintergrades (2), dem Oxidationsschritt (3) und der Konsolidierung (4) eine Beaufschlagung mit einer oxidierenden Gasatmosphäre aus Chlor oder Sauerstoff mit einer bei dem Konsolidierungsschritt zunehmenden Diffusionslänge erfolgt und während der Ausführung eines Kollabier- und eines Schließschrittes (5, 6) eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden oder oxidierenden Gasatmosphäre erfolgt, wobei die Gasatmosphäre eine veränderliche Zusammensetzung aufweist, wobei die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt der Glassootschicht (1), der Einstellung eines definierten Sintergrades (2), des Oxidationsschrittes (3), eines Konsolidierungsschrittes (4), des Kollabierens (5) und des Ziehens der Faser (6), dem dabei vorliegenden Verarbeitungszustand eines Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen der für die Gasatmosphäre vorgesehenen Gaskomponenten (11, 12, 13, 14, 15) in der abgeschiedenen Sootschicht, der Preform oder der gezogenen Faser eingestellt ist, wobei eine Diffusion reaktiver Gase in das Glasmaterial zum Beeinflussen des inneren Zustands des Glasmaterials erfolgt.A process for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core with a production of a preform and a subsequent drawing process, wherein a series of gas reservoirs (10) is provided, wherein a first reservoir (11) is provided with a reducing gas, a second reservoir (12) with an inert gas and a third reservoir (13) for providing an oxidizing gas mixture, and by a distribution unit (8) under the influence of a control unit (7) via opening and closing of the gas reservoir, a process atmosphere is generated which is either purely reducing, inert, both reducing and oxidizing or purely oxidizing, and wherein the respectively set mixture over a series of supply lines (16) is supplied to the respective process stations, wherein during execution of manufacturing steps in the preform fabrication in the Glassootabscheidung (1), the setting of the degree of sintering (2), the oxidation step (3) and the consolidation (4 ) an exposure to an oxidizing gas atmosphere of chlorine or oxygen takes place with an increasing in the consolidation step diffusion length and during the execution of a collapsing and a closing step (5, 6) an exposure to a reducing gas atmosphere and / or during the drawing process is subjected to a reducing or oxidizing gas atmosphere, wherein the gas atmosphere has a variable composition, wherein the variable composition of the gas atmosphere depending on the respective production step of the glassoot layer (1), the setting of a defined degree of sintering (2), the oxidation step (3), a consolidation step (4), the collapse (5) and the drawing of the fiber (6) present Processing state of a glass material and / or thereby existing diffusion lengths of the gas atmosphere provided for the gas components (11, 12, 13, 14, 15) in the deposited soot layer, the preform or the drawn fiber is set, wherein a diffusion of reactive gases into the glass material for influencing the internal state of the glass material takes place. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in der Weise ausgeführt wird, dass die Gasatmosphäre während der Ausführung der Fertigungsschritte zwischen einer reduzierenden und einer oxidierenden Zusammensetzung wechselt.Method according to Claim 1 , characterized in that the variable composition of the gas atmosphere is carried out in such a way that the gas atmosphere during the execution of the manufacturing steps between a reducing and an oxidizing composition changes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als eine reduzierende Komponente der Gasatmosphäre Wasserstoff mit einem veränderlichen Partialdruck vorgesehen ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that as a reducing component of the gas atmosphere, hydrogen is provided with a variable partial pressure. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als oxidierende Komponente der Gasatmosphäre Chlor und/oder Sauerstoff/Ozon mit einem jeweils veränderlichen Partialdruck vorgesehen ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that as the oxidizing component of the gas atmosphere chlorine and / or oxygen / ozone is provided with a respective variable partial pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasatmosphäre eine chemisch inerte Komponente, insbesondere ein Edelgas, aufweist, wobei der Gesamtdruck der Gasatmosphäre bei veränderlichen Partialdrücken der chemisch reaktiven Gasanteile durch die chemisch inerte Komponente konstant gehalten wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas atmosphere comprises a chemically inert component, in particular a noble gas, wherein the total pressure of the gas atmosphere is kept constant at varying partial pressures of the chemically reactive gas components by the chemically inert component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Glasfaser ein Fertigen eines Glasfaserpumpkerns mit mindestens einem von einer Kreisform abweichenden Flankenabschnitt erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the manufacture of the glass fiber, a finished manufacturing a Glasfaserpumpkerns with at least one deviating from a circular flank section. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Kreisform abweichende Flankenabschnitt in Form eines wellenförmigen Flankenverlaufs in einer W-Form eingebracht wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the deviating from the circular shape edge portion is introduced in the form of a wave-shaped edge course in a W-shape. Glasfaser für einen Lichtleiter und/oder einen optischen Resonator, gefertigt nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen kreisrunden Faserpumpkern mit mindestens einer an dem Umfang des Faserpumpkerns angeordneten abschnittsweisen von der Kreisform abweichenden Flanke in Form einer ebenen Abflachung (17) oder in Form einer wellenförmigen Flanke (18), wobei sich zwischen den ebenen Abflachungen (17) oder den wellenförmigen Flanken (18) Abschnitte (17a) der kreisrunden Grundform des Faserpumpkerns befinden.Glass fiber for a light guide and / or an optical resonator, produced by a method according to Claim 1 to 7 characterized by a circular Faserpumpkern with at least one arranged on the circumference of the Faserpumpkerns sections deviating from the circular edge in the form of a flat flat (17) or in the form of a wavy edge (18), wherein between the flat flats (17) or the undulating flanks (18) are portions (17a) of the circular basic shape of the Faserpumpkerns. Glasfaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmige Flanke W-förmig ausgebildet ist.Glass fiber after Claim 8 , characterized in that the wave-shaped flank is W-shaped.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5617937A (en) 1979-07-24 1981-02-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of base material for optical fiber
US5735928A (en) 1993-06-18 1998-04-07 Tsl Group Plc Apparatus for manufacturing a vitreous silica article
US6430343B1 (en) 1999-04-06 2002-08-06 Agere Systems Guardian Corp. Splitter for use with an optical amplifier
US20050008313A1 (en) 2000-10-23 2005-01-13 Kanishka Tankala Cladding-pumped optical fiber and methods for fabricating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5617937A (en) 1979-07-24 1981-02-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of base material for optical fiber
US5735928A (en) 1993-06-18 1998-04-07 Tsl Group Plc Apparatus for manufacturing a vitreous silica article
US6430343B1 (en) 1999-04-06 2002-08-06 Agere Systems Guardian Corp. Splitter for use with an optical amplifier
US20050008313A1 (en) 2000-10-23 2005-01-13 Kanishka Tankala Cladding-pumped optical fiber and methods for fabricating

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